본 논문은 누적통과톤수에 의한 레일교체기준 개정을 위한 기초 데이터를 제시하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 국외의 누적통과톤수에 의한 레일교체기준의 산정근거를 조사하였으며, 일본에서 조사된 레일용접부 결합유형 및 원인과 국내 철도운영기관인 서울메트로의 궤도유지관리이력을 조사하여 실제 레일절손과 누적통과톤수의 상관관계를 분석하였다. 또한, 누적통과톤수 기준치에 도래한 노후레일 용접부를 현장에서 발췌하여 레일용접부 휨시험을 수행하였다. 그 결과, 누적통과톤수와 레일절손간의 상관관계는 뚜렷하지 않았으며 레일용접부의 시공불량에 의한 절손사례가 많은 것으로 분석되었다. 또한, 노후레일휨시험 결과 신규레일용접부에 비해 파괴강도가 $17{\sim}18%$만이 저하된 것으로 나타나 레안교체기준에 도래한 노후레일은 사용성 측면에서 충분한 내구성 및 내하력을 확보하고 있는 것으로 분석되었다.
레일 용접부에 존재하는 각종 결함을 검출하고 이에 대해 정량적으로 평가하는 것은 구조물 전체의 건전성 및 안정성 측면에서 대단히 중요하다. 현재 용접부 내부 결함 검색을 위하여 널리 사용되고 있는 초음파 검사법은 국내 및 국외의 경우 아직 레일에 대한 뚜렷한 평가기준이 제시되어 있지 않은 상태이다. 따라서 현장에서는 탐상기를 보유하고 있어도 이를 정확하게 사용하지 못하고 탐상 결과에 대해서도 합부를 판단하지 못하는 실무자들이 대부분이다. 이에 본고에서는 실무에 있어 현장 기술자들이 알아야 할 레일 용접부의 초음파 탐상에 대하여 첫째, 현재 발주처별 적용하고 있는 국내 궤도 공사 시방서의 문제점 및 개선방향 둘째, 철도 레일 용접부의 초음파 탐상 시험의 적용 방법에 대하여 논하고자 한다.
철도 레일의 누적통과톤수에 의한 교체주기기준은 레일의 휨 피로수명에 의해 결정된다. 레일의 휨 피로수명을 평가하기 위해서는 기본적으로 레일의 휨 피로거동(S-N선도)에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 50kg/m, 60kg/m 레일에 대하여 신품 및 사용 용접레일(모재부, 테르밋용접부, 가스압접부)로 구분하여 실물 휨 피로시험을 수행하였으며, 휨 피로시험결과를 바탕으로 파단유형 및 파단면 분석, 파괴 확률에 따른 휨 피로거동(S-N선도) 분석을 수행하였다. 이를 통해 레일종류별, 용접방법별, 신품 및 사용레일에 대한 S-N선도를 도출하였다. 이는 향후 누적통과톤수에 의한 레일 피로수명 평가를 위해 반드시 필요한 기초 자료로서 활용될 것으로 기대된다.
용접성은 모재의 조직과 기계적 성질 및 Bond 부와 열영향부의 조직과 기계적 성질의 관계로 평가된다. 탈소 함량이 높은 레일강의 경우 용접을 하고 나면 열영향부에 마르텐사이트와 같은 취약조직을 형성하여 경도 값이 높아지고 인성이 저하되어 균열발생 가능성이 높아진다. (중략)
지계차는 1930 년대에 미국에서 개발되어 세계대전을 통하여 미군의 군수물자 운반에 크게 기 여하므로써 널리 알려진 물자취급(material handling)의 현대적 장비로 팰릿(pallet).컨테이너와 함께 일관수송에 있어서의 커다란 역할을 담당하고 있는 산업용 차량이다. 지계차는 크게 샤 시부분과 작업기 부분으로 구성되는데, 마스트레일은 주로 소형차에서는 생산량이 많기 때문에 압출의 제조공정으로 만들어지고 있으나 대형차는 수량이 적기 때문에 용접구조로 설계되고 있다. 마스트렝리의 중요한 특징을 말하면 (1) 폭에 비하여 길이가 긴 형강구조 (2) 레일 내폭의 공차가 비교적 엄격하다. (3) 용착량이 많아 변형되기 쉽고 일단 변형되면 교정이 어렵다. (4) 원가와 제조공정을 단축시키기 위하여 기계가공 공정을 뒤에 두지 않고 있다. 이상과 같은 특징을 가진 용접구조형 레일을 제작하는데 있어서 실제 적용된 CO2 용접 및 이의 간단한 부 착(attach)에 의한 저투자성 용접자동화 실현과정상의 제문제등을 중심으로 고찰해 보기로 한다.
궤도용 차량의 안전성 확보를 위한 연구의 일환으로서 레일강의 균열 발생 조건과 모재와 용접부에 대한 정적파괴거동 및 단일모드 하중하의 피로균열진전거동을 검토하였다. 레일에서 횡방향 균열의 원점은 표면하층균열이며 이는 최대전단응력에 의해 발생하였다. 또한 표면하층균열의 크기가 증가함에 따라 균열의 진전은 전단모드에서 혼합모드로 천이될 가능성이 증가하였다. 용접부의 평면변형률 파괴인성은 조직의 조대화와 경도의 상승으로 인하여 모재에 비하여 약 10% 저하하였다. 용접부의 제 2단계 영역의 피로 균열진전속도는 낮은 ${\Delta}K$ 영역에서 모재에 비하여 저하하였으나 높은 ${\Delta}K$영역에서는 이의 차이가 소멸되었으며 이러한 경향은 R=0.1의 낮은 응력비에서 현저하였다. 이는 용접부의 미시조직이 모재에 비하여 성장하였기 때문이라고 판단된다.
For the purpose of the effective maintenance of surface irregularities of rail, this paper investigates the rail service life to a bending fatigue failure of welding parts of rail on the slab track by the structures laboratory testing to derive S-N curves, a GTDAP(General Track Dynamic Analysis Program) to calculate the stresses and a modified Miner's rule to predict a fatigue life. The useful guides for maintenance of rail welded parts on the slab track are proposed in terms of a grinding period and the depth of rail surface irregularities. This study also proposed the guides for maintenance of rail welded part on the ballast track. The effects of fatigue service lives are compared one another.
저항용접은 에리후 톰슨(Elihu Thomson)이 1877년에 처음 개발하였으나, 1920년 이후부터 보급이 시작되어 1935년경부터 수요가 증대되었는데, 초기에는 Butt용접을 이용한 전선접합과 넓게는 레일의 용접에까지 보급되었다. 스파타는 전극이 하강하기 이전에 전류가 흐를 때, 용접 모재에 충분한 가압이 이루어지지 않은 상태에서 전류가 통하므로 발생하는 초기 스파타와, 전극이 상승할 시에 전류가 끊어지지 않은 상태일 때 발생되는 통전후기 스파타가 있는데 이때 용접모재는 불량이 된다. 이와 같은 불량을 감소시키기 위한 일환으로 용접작업 후의 자료관리를 시행함으로써 불량품 해소에 응용하고자 한다.
강철도 플레이트거더교의 경우 일반적으로 레일의 폭보다 거더 사이의 폭이 넓기 때문에 거더에 편심이 작용하게 된다. 이러한 편심 영향으로 거더 내측 상부플랜지에 휨변형이 일어나게 되어, 상부플랜지와 수직보강재 용접이음부에 반복하중에 의한 피로균열이 발생되고 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 공용중인 강철도 플레이트거더교를 대상교량으로 하여 공용하중에 대한 구조해석을 실시하였다. 대상교량에 대한 현장계측을 기초로 구조모델링을 검증하였고, 검증된 구조모델링을 사용하여 열차하중 하에서의 상부플랜지와 수직보강재 용접연결부에서의 피로균열 보강방안에 대한 구조해석을 실시하였다. 또한 상부플랜지와 수직보강재 용접이음부 상세해석을 통하여 피로균열 발생위치를 확인하고 연결이음부의 적절한 보강방안을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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